lunes, 26 de septiembre de 2011

LA ECUACIÓN DEL BOTIJO, USOS, COSTUMBRES Y MELACOLÍAS


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La ecuación del botijoSI NO LO VEN BIEN, PINCHEN AQUÍhttp://www.enchufa2.es/archives/la-ecuacion-del-botijo.html

Publicado por Iñaki a las 12:03Martes 27 de enero de 2009

Co­rría el año 1990 cuan­do Ga­briel Pinto, pro­fe­sor de Quí­mi­ca en la Es­cue­la Téc­ni­ca In­dus­trial de la Uni­ver­si­dad Po­li­téc­ni­ca de Ma­drid, se com­pró un bo­ti­jo y se dis­pu­so a tomar me­di­das en sus ratos li­bres del co­no­ci­do efec­to bo­ti­jo. Su ob­je­ti­vo era cons­truir un mo­de­lo ma­te­má­ti­co vá­li­do para cual­quier tipo de bo­ti­jo o re­ci­pien­te ce­rá­mi­co po­ro­so que re­la­cio­na­se sus ca­rac­te­rís­ti­cas con su ca­pa­ci­dad de en­friar el agua.
El dis­po­si­ti­vo ex­pe­ri­men­tal cons­ta­ba de un bo­ti­jo clá­si­co en el que se in­tro­du­je­ron 3,2 li­tros de agua a 39 ºC y este, a su vez, se man­tu­vo a esa misma tem­pe­ra­tu­ra en un horno de la­bo­ra­to­rio, con una hu­me­dad re­la­ti­va del 42%. Cada cier­to tiem­po, Pinto fue mi­dien­do la masa del bo­ti­jo (para de­ter­mi­nar la masa de agua eva­po­ra­da) así como la tem­pe­ra­tu­ra del agua. De esta ma­ne­ra, ob­ser­vó que en unas 7 horas el agua se había en­fria­do 15 ºC, al­can­zan­do los 24 ºC. A par­tir de ese punto, el agua co­men­za­ba a ca­len­tar­se de nuevo, de­bi­do a que ya se había eva­po­ra­do apro­xi­ma­da­men­te medio litro. Al cabo de tres días, las úl­ti­mas gotas de agua que que­da­ban vol­vían a al­can­zar la tem­pe­ra­tu­ra am­bien­te de 39 ºC.
A la par, Pinto desa­rro­lló un mo­de­lo ma­te­má­ti­co, como hemos co­men­ta­do, que iba ajus­tan­do gra­cias a los datos ex­pe­ri­men­ta­les. Había con­si­de­ra­do mul­ti­tud de fac­to­res, sin em­bar­go, había algo que se­guía sin cua­drar: las ecua­cio­nes le con­fe­rían al bo­ti­jo una ca­pa­ci­dad ili­mi­ta­da de en­friar.
En­ton­ces fue cuan­do apa­re­ció el otro pro­ta­go­nis­ta de nues­tra his­to­ria, José Ig­na­cio Zu­bi­za­rre­ta, tam­bién pro­fe­sor de Quí­mi­ca. Él fue el que dio con el de­ta­lle que fal­ta­ba en el mo­de­lo, algo que Pinto había pa­sa­do por alto: el calor de ra­dia­ción que apor­ta el aire que se en­cuen­tra en el in­te­rior del re­ci­pien­te. Con esta úl­ti­ma con­si­de­ra­ción, los datos ca­sa­ban a la per­fec­ción.
Así, en 1995, ambos pro­fe­so­res pu­bli­ca­ron en la re­vis­ta Che­mi­cal En­gi­nee­ring Edu­ca­tion, vol. 29, de Es­ta­dos Uni­dos, el ar­tícu­lo An an­cient met­hod for co­oling water ex­plai­ned by means of mass and heat trans­fer.
El re­sul­ta­do del tra­ba­jo, de ca­rác­ter pe­da­gó­gi­co, fue­ron dos ecua­cio­nes di­fe­ren­cia­les que re­la­cio­na­ban todos los pa­rá­me­tros. El mo­de­lo se­gui­do, una vez más, em­pie­za como el fa­mo­so chis­te de la vaca: su­pon­ga­mos que te­ne­mos un bo­ti­jo con geo­me­tría es­fé­ri­ca… Y, por fin, las su­so­di­chas:

-\displaystyle\frac{dV}{dt}=K^\prime\cdot a\cdot(H_s-H)
V\cdot C_p\cdot\left(\displaystyle\frac{dT}{dt}\right)=h_c\cdot a\cdot(T_g-T_s)+f\cdot\epsilon\cdot\sigma\cdot\left[(273+T_g)^4-(273+T_s)^4\right]\cdot
\cdot(4\pi r^2-s)-U\cdot a\cdot(T-T_s)-\lambda_w\cdot\left(\displaystyle\frac{dV}{dt}\right)
Donde:
  • V \equiv vo­lu­men o masa de agua
  • C_p \equiv ca­pa­ci­dad ca­lo­rí­fi­ca del agua
  • T \equiv tem­pe­ra­tu­ra del agua
  • t \equiv tiem­po
  • h_c \equiv coe­fi­cien­te de con­vec­ción
  • a \equiv su­per­fi­cie ex­ter­na del agua
  • T_g \equiv tem­pe­ra­tu­ra del aire
  • T_s \equiv tem­pe­ra­tu­ra de la su­per­fi­cie del agua
  • f \cdot \epsilon \cdot \sigma \equiv coe­fi­cien­te de ra­dia­ción de calor
  • 4 \pi r^2 \equiv su­per­fi­cie total del bo­ti­jo
  • s \equiv su­per­fi­cie del agua en con­tac­to con el aire
  • U \equiv coe­fi­cien­te de trans­mi­sión de calor del agua
  • \lambda_w \equiv calor de va­po­ri­za­ción del agua
  • K^\prime \equiv coe­fi­cien­te de trans­fe­ren­cia de masa para el agua
  • H_s \equiv hu­me­dad de sa­tu­ra­ción
  • H \equiv hu­me­dad del aire
botijo
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  1. 1Axil dijo:
    Fa­bu­lo­so, me en­can­ta.
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  2. 2EC-JPR dijo:
    I+D+i. Es­pa­ñol, por su­pues­to.
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  3. 3al­ber­to dijo:
    Está bien la ex­pli­ca­ción; de todas for­mas,
    sin animo de des­es­ti­mar el es­tu­dio de ambos
    qui­mi­cos, estas ecua­cio­nes no son mas
    que un caso es­pe­ci­fi­co de ecua­cio­nes
    de trans­fe­ren­cia de calor ge­ne­ra­les,
    re­suel­tas de forma di­fe­ren­cial;
    De todas for­mas, xapo!!!!!
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  4. 4EX-ET­SII dijo:
    En eso pier­den el tiem­po los pro­fe­so­res de la ETSII
     mien­tras que sus alum­nos salen des­cor­na­dos de bus­car­se
    la vida para apro­bar sus exá­me­nes de pa­ra­noi­cos…en fin,
    juz­gen us­te­des mis­mos.
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  5. 5ni­ko­ma­llas dijo:
    Agra­de­ce­ría que al­guien ana­li­za­ra con el mismo rigor
    la si­guien­te afir­ma­ción in­tui­ti­va:
    Dado un tubo por el que cir­cu­la un flui­do a tem­pe­ra­tu­ra
    su­pe­rior a la del en­torno y está fo­rra­do con una capa de
    ma­te­rial ais­lan­te tér­mi­co, creo que exis­te un de­ter­mi­na­do
    es­pe­sor de forro para el que se trans­mi­te más calor que sin él.
    Gra­cias
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  6. 6Can­ra­ta­na dijo:
    Ex­pli­car el con­te­ni­do real de la frase:
    La po­si­bi­li­dad es el ele­men­to sub­je­ti­vo de lo pro-
    bable.
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  7. 7pix­tor dijo:
    “Dado un tubo por el que cir­cu­la un flui­do a tem­pe­ra­tu­ra
    su­pe­rior a la del en­torno y está fo­rra­do con una capa de
    ma­te­rial ais­lan­te tér­mi­co, creo que exis­te un de­ter­mi­na­do
    es­pe­sor de forro para el que se trans­mi­te más calor que sin él.
    ” – trans­for­ma la es­fe­ra en un tubo
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  8. 8pix­tor dijo:
    La po­si­bi­li­dad es el ele­men­to sub­je­ti­vo de lo pro-
    bable.
    - sin en­trar en dis­qui­si­cio­nes sobre lo real, en­tien­do
    que la po­si­bi­li­dad re­fle­ja la es­pe­ran­za de lo pro­ba­ble, he ahí la sub­je­ti­vi­dad :)
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  9. 9Guti dijo:
    Ge­nial ar­tícu­lo!

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